專利名稱：發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及其中通過加上電場(chǎng)來發(fā)光(電致發(fā)光)的熒光體和使用這種熒光體的發(fā)光裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及其中使用有機(jī)化合物作為熒光體的發(fā)光裝置。電致發(fā)光包括熒光和磷光。本發(fā)明涉及應(yīng)用由熒光和磷光中的一種或兩種導(dǎo)致光發(fā)射的發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
背光或正面光被用作使用液晶的顯示器的典型形式，并且結(jié)構(gòu)是這樣的，以便借助光來顯示圖像。液晶顯示器被用作各種電子設(shè)備中的圖像顯示裝置，但是從其結(jié)構(gòu)來看，它具有視角窄的缺點(diǎn)。相反，使用其中得到電致發(fā)光的熒光體的顯示器具有寬的視角，并且可見度很好。因此，作為下一代顯示器、采用熒光體的顯示器已引起關(guān)注。
其中把有機(jī)化合物用作熒光體的發(fā)光元件(下文稱為有機(jī)發(fā)光元件)是通過在陰極與陽極之間適當(dāng)?shù)亟M合空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層以及電子注入層而構(gòu)成的，所述各層是由有機(jī)化合物形成的。這里，空穴注入層和空穴傳輸層是分開表示的，但是在空穴輸運(yùn)性質(zhì)(空穴遷移率)是特別重要的特征的意義上是相同的。為了便于分辨這些層，空穴注入層指的是接觸陽極的層，而接觸發(fā)光層的層稱為空穴傳輸層。而且，接觸陰極的層稱為電子注入層，而接觸發(fā)光層的層稱為電子傳輸層。發(fā)光層還可起電子傳輸層的作用，因此也稱為發(fā)光電子傳輸層。通過組合這些層而形成的發(fā)光元件表現(xiàn)出整流特性，并且具有與二極管相同的結(jié)構(gòu)。
認(rèn)為發(fā)光機(jī)制是這樣的，從陰極注入的電子和從陽極注入的空穴在含有熒光體的層中再結(jié)合而形成激發(fā)子，而激發(fā)子在返回基態(tài)時(shí)發(fā)光。有來自單激發(fā)態(tài)的光發(fā)射(熒光)和來自三重激發(fā)態(tài)的光發(fā)射(磷光)。亮度達(dá)到幾千至幾萬燭光/平方厘米(cd/cm2)(譯者注原文為cd/m2)。因此，在原理上，認(rèn)為這種發(fā)光機(jī)制可以用于顯示裝置等。但是，存在各種類型的退化現(xiàn)象，并且這仍然是阻礙顯示裝置等投入實(shí)際使用的一種問題。
包含有機(jī)化合物的熒光體或者有機(jī)發(fā)光元件的退化被認(rèn)為是從以下五個(gè)因素產(chǎn)生的。這些因素是(1)有機(jī)化合物的化學(xué)退化(通過激發(fā)態(tài))，(2)由驅(qū)動(dòng)時(shí)熱量產(chǎn)生引起的有機(jī)化合物熔化，(3)由宏觀缺陷導(dǎo)致的介質(zhì)擊穿，(4)電極或者電極與有機(jī)層的界面變壞以及(5)由有機(jī)化合物的非晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而引起的退化。
上述因素(1)至(3)是由驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光元件而引起的。熱顯然是由元件中電流轉(zhuǎn)化成焦耳熱而產(chǎn)生的。經(jīng)研究，當(dāng)有機(jī)化合物的熔點(diǎn)或者玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低時(shí)會(huì)發(fā)生熔化。另外，電場(chǎng)集中在缺陷小孔或劃痕所在的部分，因而發(fā)生介質(zhì)擊穿。至于因素(4)和(5)，即使把含有有機(jī)化合物的熒光體或有機(jī)發(fā)光元件保持在室溫下，這種退化也會(huì)發(fā)展。因素(4)稱為暗點(diǎn)，是由陰極的氧化或與濕氣反應(yīng)而產(chǎn)生的。關(guān)于因素(5)，有機(jī)發(fā)光元件中所用的有機(jī)化合物是非晶體材料，經(jīng)研究，由于長(zhǎng)時(shí)間保存、由時(shí)間流逝和熱量產(chǎn)生的變化使非晶材料晶化，因此，幾乎不存在其中非晶結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定的非晶材料。
由于密封技術(shù)的改進(jìn)，已經(jīng)極大地抑制了暗點(diǎn)。但是，在上述因素的共同作用下發(fā)生實(shí)際的退化，因此難以一般地理解實(shí)際退化。典型的密封技術(shù)是通過密封件使形成于襯底上的有機(jī)發(fā)光元件氣密密封并且在空間中設(shè)置干燥劑。但是，經(jīng)研究，其中當(dāng)持續(xù)加上恒定電壓時(shí)、不僅流過有機(jī)發(fā)光元件的電流而且發(fā)出的亮度都降低的現(xiàn)象是由有機(jī)化合物的性質(zhì)引起的。
低分子量的有機(jī)化合物和有機(jī)聚合物都是已知的用于形成有機(jī)發(fā)光元件的有機(jī)化合物。作為低分子量有機(jī)化合物的一個(gè)實(shí)例，酞菁銅(CuPc)，或者á-NPD(4，4′-雙[N-(萘基)-N-苯基-氨基]聯(lián)苯基)或者M(jìn)TDATA(4，4′，4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺)，后者是已知的作為空穴注入層的基于芳香胺的材料，以及已知的作為發(fā)光層的三-8-喹啉醇化鋁絡(luò)合物(Alq3)等。作為有機(jī)聚合物發(fā)光材料，聚苯胺、聚噻吩衍生物(PEDOT)等是已知的。
已研究，通過蒸發(fā)方法而形成的小分子量有機(jī)化合物從材料的種類來看、與聚合物有機(jī)材料相比、種類明顯更多。但是，在任何情況下，僅由一種基本結(jié)構(gòu)單元組成的有機(jī)化合物是很少的?？赡苡羞@樣的情況，合成不同種類的有機(jī)化合物時(shí)，在制造過程中，在有機(jī)化合物中混入雜質(zhì)，并且各種添加劑如顏料被加入有機(jī)化合物。另外，在這些材料之中，包括由于潮濕而變壞的材料、易被氧化的材料等。從大氣中能容易地混入濕氣和氧氣。因此，在處理這些材料時(shí)要小心。
眾所周知，當(dāng)有機(jī)化合物輕微退化時(shí)，化學(xué)鍵變成雙鍵，并且結(jié)構(gòu)中含有氧(-OH，-OOH，＞C＝O，-COOH等)。因此，在含有氧的氣氛中設(shè)置有機(jī)化合物的情況下，或者在有機(jī)化合物中含有氧或H2O這類雜質(zhì)的情況下，一般認(rèn)為鍵態(tài)變化并且促成退化。
在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，在具有半導(dǎo)體結(jié)的半導(dǎo)體元件、如二極管中，由氧而產(chǎn)生的雜質(zhì)形成禁帶中的局部能級(jí)，這是結(jié)漏電和載流子的壽命減小的原因。因此，眾所周知，雜質(zhì)明顯降低了半導(dǎo)體元件的性能。
氧分子是處于基態(tài)也處于三重態(tài)的特殊分子，因?yàn)樽罡吣軕B(tài)已滿分子軌道(HOMO)處在縮聚作用中。一般，從三重態(tài)到單態(tài)的激發(fā)過程是禁戒躍遷(自旋禁戒)，因此難以發(fā)生。因而，不產(chǎn)生單態(tài)的氧分子。但是，當(dāng)在氧分子的周圍存在其能量高于單態(tài)能量的三重激發(fā)態(tài)(3M*)分子時(shí)，則發(fā)生如下的能量轉(zhuǎn)移。因此，可以發(fā)現(xiàn)其中產(chǎn)生單態(tài)氧分子的反應(yīng)。
公式1一般認(rèn)為，有機(jī)發(fā)光元件的發(fā)光層中分子的75％的激發(fā)態(tài)對(duì)應(yīng)于三重態(tài)。因此，在氧分子混入有機(jī)發(fā)光元件的情況下，單態(tài)的氧分子可以通過分式1中的能量轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生。單激發(fā)態(tài)的氧分子具有離子屬性(存在電荷極化)。因此，一般認(rèn)為有這樣的可能性，氧分子與有機(jī)化合物中產(chǎn)生的極化電荷反應(yīng)。
例如，由于甲基是basocuproin(下文稱為BCP)中的電子施主，直接結(jié)合在共軛環(huán)上的碳是帶正電的。如下列化學(xué)式1中所表示的，如果帶正電的氧分子存在，則具有離子屬性的單態(tài)氧與帶正電的氧分子反應(yīng)。因此，有這樣的可能性如下列化學(xué)式2中所示、產(chǎn)生羧酸和氫。結(jié)果，預(yù)期電子輸運(yùn)性能會(huì)降低。 化學(xué)式1 化學(xué)式2基于上述研究，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，有機(jī)化合物中含有的諸如氧或H2O的雜質(zhì)導(dǎo)致各種類型的惡化，諸如有機(jī)發(fā)光元件以及使用這種元件的有機(jī)發(fā)光裝置的亮度降低。
在陰極與陽極之間具有包含有機(jī)化合物的層的有機(jī)發(fā)光元件、以及使用這種有機(jī)發(fā)光元件構(gòu)成的發(fā)光裝置中，必須要降低導(dǎo)致亮度下降和電極材料惡化、如暗點(diǎn)的氧的濃度。
使用有機(jī)發(fā)光元件的最佳應(yīng)用的實(shí)例是有源矩陣驅(qū)動(dòng)的發(fā)光裝置，其中在有機(jī)發(fā)光元件中形成像素部分。薄膜晶體管(以下稱為TFT)作為有源元件設(shè)置在每個(gè)像素中。但是，關(guān)于用半導(dǎo)體薄膜形成的TFT，眾所周知，由于堿金屬的污染，特征值如閾電壓會(huì)波動(dòng)。在本發(fā)明中，需要用于通過把有機(jī)發(fā)光元件和TFT結(jié)合起來形成像素部分的適當(dāng)結(jié)構(gòu)，其中在所述有機(jī)發(fā)光元件中，陰極中使用低逸出功的堿金屬。
通過適當(dāng)?shù)亟M合含硅作為其主要成分的半導(dǎo)體材料與含硅作為其成分的無機(jī)或有機(jī)絕緣材料來構(gòu)成有源矩陣驅(qū)動(dòng)的發(fā)光裝置，其中像素部分是通過組合有機(jī)發(fā)光元件與TFT而形成的。有機(jī)發(fā)光元件的外量子效率還不到50％。因此，大部分注入載流子轉(zhuǎn)變成熱，從而加熱發(fā)光元件。結(jié)果，熱應(yīng)力加在發(fā)光元件上并且作用在形成像素的各層上。這會(huì)產(chǎn)生這樣的缺點(diǎn)，即如果熱應(yīng)力大，則出現(xiàn)裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，已做出本發(fā)明，因此本發(fā)明的一個(gè)目的是防止發(fā)光裝置中由化學(xué)和物理因素引起的惡化并且提高可靠性。
為了防止發(fā)光裝置的惡化，本發(fā)明的特征在于，減少了在形成有機(jī)發(fā)光元件的有機(jī)化合物中含有包含氧、如氧氣或者水的雜質(zhì)。當(dāng)然，作為有機(jī)化合物的構(gòu)成元素包括氧、氫氣等。但是，在本發(fā)明中，有機(jī)化合物的雜質(zhì)指的是不包含在原始分子結(jié)構(gòu)中的外在雜質(zhì)。認(rèn)為這種雜質(zhì)以原子雜質(zhì)、分子雜質(zhì)、自由基或低聚物出現(xiàn)在有機(jī)化合物中。
另外，按照本發(fā)明，在有源矩陣驅(qū)動(dòng)的發(fā)光裝置中，設(shè)置有用于防止由TFT被堿金屬、如鈉或鉀污染而引起的閾電壓波動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明，除去這類雜質(zhì)，并且由用于形成有機(jī)發(fā)光元件、如空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層和電子注入層的有機(jī)化合物構(gòu)成的各層的雜質(zhì)濃度按照平均濃度被降低至5×1019原子/厘米3或者更小，最好是1×1019原子/厘米3或者更小。特別是，要求降低發(fā)光層及其附近的氧濃度。
當(dāng)有機(jī)發(fā)光元件發(fā)出亮度為1000Cd/cm2的光時(shí)，如果將其轉(zhuǎn)換成光子，結(jié)果相當(dāng)于1016光子/秒·厘米2的發(fā)射量。假定有機(jī)發(fā)光元件的量子效率是1％，需要100mA/cm2的電流密度。按照基于半導(dǎo)體元件如采用非晶半導(dǎo)體的太陽能電池或光電二極管的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，次品標(biāo)準(zhǔn)密度需要設(shè)置為1016原子/厘米2或者更小，以便在上述電流流經(jīng)的元件中獲得令人滿意的特性。為了實(shí)現(xiàn)該值，要求把構(gòu)成次品標(biāo)準(zhǔn)的惡性雜質(zhì)元素的濃度降低到5×1019原子/厘米3或者更低，如上所述，最好是1×1019原子/厘米3或更低。
為了減少構(gòu)成有機(jī)發(fā)光元件的有機(jī)化合物的雜質(zhì)，用于形成有機(jī)發(fā)光元件的制造設(shè)備包括下列結(jié)構(gòu)。
在用于形成包含低分子量有機(jī)化合物的層的蒸發(fā)裝置中，反應(yīng)室內(nèi)部的壁面通過電拋光做成鏡面的，以便降低出氣量。用不銹鋼或者鋁作為用于反應(yīng)室的材料。為了防止氣體從內(nèi)壁放出，在反應(yīng)室外部設(shè)置加熱器，并且進(jìn)行烘烤處理。通過烘烤處理可以顯著降低出氣量。而且，在蒸發(fā)的時(shí)候，最好借助于冷卻劑來進(jìn)行冷卻。渦輪分子泵和干燥泵用于排氣系統(tǒng)，因而避免了油蒸氣從排氣系統(tǒng)反向擴(kuò)散。而且，可以設(shè)置低溫泵以便除掉殘留的H2O。
蒸發(fā)源基本上是電阻加熱式的，但是可以使用努森池。從反應(yīng)室上附帶的裝入閥型(load lock type)交換室送入要蒸發(fā)的材料。因此，在裝入要蒸發(fā)的材料時(shí)，盡可能地避免反應(yīng)室暴露于大氣中。蒸發(fā)源主要包括有機(jī)材料，并且在蒸發(fā)之前、在反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行升華提純。另外，可以采用區(qū)域精制法。
關(guān)于要引入反應(yīng)室的襯底的預(yù)處理，進(jìn)行通過加熱的放氣處理和使用氬的等離子處理，由此盡可能地減少從襯底放出的雜質(zhì)。在有源矩陣驅(qū)動(dòng)發(fā)光裝置中，事先在要形成有機(jī)發(fā)光元件的襯底上形成TFT。在適當(dāng)?shù)匕咽褂糜袡C(jī)樹脂材料的絕緣層等作為襯底的構(gòu)成部分的情況下，必須要減少從構(gòu)件放氣。另外，把引入反應(yīng)室的氮?dú)饣驓鍤庠诠┙o口提純。
另一方面，在形成包含有機(jī)聚合物的層時(shí)，不能完全地進(jìn)行對(duì)聚合度的控制，因而分子量的范圍擴(kuò)大了。因此，熔點(diǎn)不可能以僅一種意義來定義。滲析或者高性能液相色譜法適用于這樣的情況。尤其是，在滲析中，電滲析適合于有效地去除離子雜質(zhì)。
在其中通過如上所述形成的有機(jī)發(fā)光元件形成像素部分并且每個(gè)像素由有源元件控制的有源矩陣驅(qū)動(dòng)方法中，結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例是這樣的，在襯底上形成具有半導(dǎo)體薄膜的TFT、柵絕緣薄膜和柵電極，并且在TFT上形成有機(jī)發(fā)光元件。使用的襯底的典型實(shí)例是玻璃襯底，并且在硼硅酸鋇玻璃或硼硅酸鋁玻璃中含有少量堿金屬。半導(dǎo)體薄膜被氮化硅或者氧氮化硅覆蓋，以便防止由來自下層側(cè)的玻璃襯底和上層側(cè)的有機(jī)發(fā)光元件的堿金屬造成的污染。
另一方面，最好在均化的表面上形成有機(jī)發(fā)光元件，因此在包括有機(jī)樹脂材料、如聚酰亞胺或者丙醛烯的已均化的薄膜上形成所述有機(jī)發(fā)光元件。但是，這樣的有機(jī)樹脂材料具有吸濕性。被氧或H2O惡化的有機(jī)發(fā)光元件涂有具有隔氣性的氮化硅、氧氮化硅或者類金鋼石碳(DLC)。
圖12是說明按照本發(fā)明的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的發(fā)光裝置的原理的示意圖。作為發(fā)光裝置1200的構(gòu)成部分，在同一襯底上形成TFT1201和有機(jī)發(fā)光元件1202。TFT1201的構(gòu)成部分是半導(dǎo)體薄膜、柵絕緣薄膜、柵電極等，而這些部分中含有的元素是硅、氫、氧、氮、形成柵電極的金屬等。另一方面，有機(jī)發(fā)光元件1202的元素，除了作為有機(jī)化合物材料的主要構(gòu)成成分的碳之外，包含堿金屬、如鋰。
在TFT1201的下層側(cè)(玻璃襯底1203側(cè))上形成作為阻擋層的氮化硅或氧氮化硅1205。在與之相對(duì)的上層側(cè)上形成作為保護(hù)膜的氧氮化硅1206。另一方面，在有機(jī)發(fā)光元件的下層側(cè)上形成作為保護(hù)膜的氮化硅或者氧氮化硅1207。作為保護(hù)膜，還可以用氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁。在上層側(cè)形成作為保護(hù)膜的DLC薄膜1208。
在TFT與有機(jī)發(fā)光元件之間形成有機(jī)樹脂層間絕緣薄膜1204并且與之集成在一起。極易影響TFT1201的堿金屬如鈉被氮化硅或者氧氮化硅1205或者氧氮化硅1206阻擋。另一方面，由于有機(jī)發(fā)光元件1202最忌氧或H2O，所以形成氮化硅或氧氮化硅1207和DLC薄膜1208以便阻擋氧或H2O。另外，氮化硅或氧氮化硅1207和DLC薄膜1208具有不讓有機(jī)發(fā)光元件1202的堿金屬元素出來的作用。
如上所述，由組合TFT與有機(jī)發(fā)光元件而構(gòu)成的發(fā)光裝置是通過明智地組合具有阻擋氧或H2O的性質(zhì)的絕緣薄膜以便滿足對(duì)抗雜質(zhì)污染的性能要求而形成的。
以上述構(gòu)成部分為基礎(chǔ)，在含有絕緣材料的分隔層之間，形成具有陽極、有機(jī)化合物層和含堿金屬的陰極的發(fā)光元件。分隔層具有這樣的形狀，其中上部分在與襯底平行的方向上突出來(所謂懸伸形狀)并且采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)發(fā)光元件的有機(jī)化合物層和陰極層不相互接觸。
對(duì)形成發(fā)光元件的有機(jī)化合物材料進(jìn)行提純，在薄膜形成過程中防止雜質(zhì)混入，并且有機(jī)化合物層是高度提純的，由此可以防止亮度降低和陰極層退化。另外，在發(fā)光元件與TFT之間設(shè)置包含氮化硅或者氧氮化硅等的無機(jī)絕緣層，由此，可以防止構(gòu)成陰極層的堿金屬元素?cái)U(kuò)散到構(gòu)成TFT的半導(dǎo)體薄膜中。在發(fā)光元件中，分隔層具有懸伸形狀，并且采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)發(fā)光元件的有機(jī)化合物層與陰極層不互相接觸。因此，可以防止熱應(yīng)力作用于構(gòu)成帶有熱應(yīng)力的發(fā)光裝置的各層上，并且可以防止物理破壞如裂紋的產(chǎn)生。采用上述措施，可以提高發(fā)光裝置的可靠性。
應(yīng)當(dāng)指出，本說明書通篇的發(fā)光裝置指的是使用熒光體的整個(gè)裝置。另外，其中以TAB(載帶自動(dòng)鍵合)帶或TCP(載帶封裝)連接陽極與陰極之間具有含熒光體層的元件(下文稱為發(fā)光元件)的模塊、其中把印刷電路板連接到TAB帶或TCP帶末端的模塊、或者其中把IC通過COG(玻板上芯片)方法安裝在其上形成發(fā)光元件的襯底上的模塊都包括在發(fā)光裝置中。
另外，本說明書中、作為雜質(zhì)元素的氧的濃度指的是通過次級(jí)離子質(zhì)譜測(cè)定法(SIMS)測(cè)得的最小濃度。


在附圖中圖1是說明本發(fā)明的薄膜形成設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是說明本發(fā)明的薄膜形成設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是說明有機(jī)化合物材料中包含的雜質(zhì)與其蒸氣壓之間關(guān)系的示意圖；圖4A至4C是說明在薄膜形成裝置中進(jìn)行升華提純的方法的示意圖；圖5A至5C是說明有機(jī)發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是說明設(shè)置有像素部分和驅(qū)動(dòng)電路部分的有機(jī)發(fā)光裝置的分段剖視圖；圖7是說明有機(jī)發(fā)光裝置的像素部分的結(jié)構(gòu)的橫剖視圖；圖8是說明有機(jī)發(fā)光裝置的像素部分的結(jié)構(gòu)的橫剖視圖；圖9是說明有機(jī)發(fā)光裝置的像素部分的結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖10是說明有機(jī)發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)的橫剖視圖；圖11是說明有機(jī)發(fā)光裝置的外觀的透視圖；圖12是說明按照本發(fā)明的發(fā)光裝置的原理的示意圖；以及圖13A至13G是說明應(yīng)用了本發(fā)明的發(fā)光裝置的電子設(shè)備的實(shí)例的示意圖。
薄膜形成室107和108是用于通過蒸發(fā)方法、形成主要包含低分子量有機(jī)化合物的薄膜的處理室，而薄膜形成室109是用于通過蒸發(fā)方法形成含堿金屬的陰極的處理室。薄膜形成室107至109連接至材料交換室112至114，后者用于把要蒸發(fā)的材料通過門100h至100j裝入蒸發(fā)源。材料交換室112至114用于在薄膜形成室107至109未曝露于大氣的情況下裝入蒸發(fā)材料。
首先，其上淀積薄膜的襯底103安裝在裝入室104上，并且通過輸送室101中的輸送機(jī)構(gòu)(A)102移到預(yù)處理室或各個(gè)反應(yīng)室。裝入室104、輸送室101、預(yù)處理室105、中間室106、薄膜形成室107至109以及材料交換室112至114借助排氣裝置保持在減壓狀態(tài)。關(guān)于排氣裝置，借助無油干燥泵、從大氣壓真空排氣到大約1Pa的真空度，而超過上述值的壓強(qiáng)是通過磁懸浮渦輪式分子泵或者復(fù)合分子泵(composite molecular pump)進(jìn)行真空排氣而達(dá)到的。反應(yīng)室可設(shè)置低溫泵以去除H2O。因此，防止了排氣裝置中的油蒸氣的反向擴(kuò)散。
其中進(jìn)行了真空排氣的室的內(nèi)壁面通過電拋光而受到鏡面處理，因而減小了表面面積以防止出氣。用不銹鋼或鋁作為用于內(nèi)壁表面的材料。最好在反應(yīng)室的外面設(shè)置加熱器并且進(jìn)行烘焙處理以便減少從內(nèi)壁出氣。通過烘焙處理可以顯著地減少出氣。另外，在蒸發(fā)時(shí)可以用冷卻劑進(jìn)行冷卻，以便防止由放氣引起的雜質(zhì)污染。由此，實(shí)現(xiàn)1×10-6Pa的真空度。
中間室106通過門110g連接到設(shè)置有旋涂器111的涂布室110。涂布室110是用于形成薄膜的處理室，所述薄膜是由主要包含聚合物材料的有機(jī)化合物通過旋涂方法而形成的。這種處理是在大氣壓下進(jìn)行的。因此，通過中間室106執(zhí)行取出和放入襯底，并且這是通過把中間室106的壓強(qiáng)調(diào)整到襯底所移動(dòng)到的室的壓強(qiáng)來執(zhí)行的。通過滲析、電滲析或高性能的液相色譜法來提純要供給涂布室的聚合物有機(jī)材料，由此提供這些材料。在供給口執(zhí)行提純。
關(guān)于待引入反應(yīng)室的襯底的預(yù)處理，在預(yù)處理室105中借助加熱進(jìn)行放氣處理和借助氬等離子體進(jìn)行表面處理，以便盡可能地減少從襯底放出的雜質(zhì)。尤其是在襯底上形成包括有機(jī)樹脂材料的層間絕緣薄膜或圖案的情況下，在減壓條件下有機(jī)樹脂材料所吸留的H2O之類的會(huì)放出，由此污染反應(yīng)室的內(nèi)部。因此，通過加熱襯底來進(jìn)行放氣處理，或者通過在預(yù)處理室105中執(zhí)行等離子處理使表面封閉，由此降低放氣量。這里，通過采用吸氣材料的提純裝置把引入反應(yīng)室的氮?dú)夂蜌鍤馓峒儭?br> 蒸發(fā)方法是電阻加熱型的。但是，可以使用努森池來高精度地控制溫度和控制蒸發(fā)量。用于蒸發(fā)的材料從附在反應(yīng)室上的專用材料交換室引入。由此，盡可能地避免了反應(yīng)室暴露在大氣中。薄膜形成室暴露在大氣中，因此把各種氣體如H2O吸入內(nèi)壁。然后，通過進(jìn)行真空排氣來再次放出氣體。在結(jié)束吸收的氣體的放出而真空度穩(wěn)定在平衡值之前，需要幾十至幾百小時(shí)的時(shí)間。因此，通過對(duì)薄膜形成室壁進(jìn)行烘焙處理來減少所需時(shí)間。但是，重復(fù)暴露在大氣中是低效率的。因此，最好設(shè)置如圖1中所示的專用材料交換室。蒸發(fā)源主要包括有機(jī)材料，但是在蒸發(fā)之前在反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行升華提純。另外，可以使用區(qū)域精制法。
另一方面，在被裝入室104分開的密封室115中，執(zhí)行用于借助密封件來密封通過形成陰極而制成的襯底、而不將其暴露于大氣中的處理。在用紫外線固化樹脂來固定的情況下，紫外線照射機(jī)構(gòu)116用于密封件。遞送室117配備有輸送機(jī)構(gòu)(B)118并且把通過密封而制成的襯底貯存在密封室115中。
圖2是說明輸送室101、預(yù)處理室105和薄膜形成室107的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。輸送室101配備有輸送裝置102、作為排氣裝置的復(fù)合分子泵207a和干燥泵208a。預(yù)處理室105和薄膜形成室107分別通過門100b和100d連接到輸送室101。預(yù)處理室105配備有與高頻電源216連接的高頻電極201，并且襯底103被配備有襯底加熱裝置104a和104b的對(duì)置電極固定住。通過用襯底加熱裝置、在大約50至120℃下、在真空中加熱襯底，可以釋放出襯底103上吸附的雜質(zhì)如濕氣。連接至預(yù)處理室105的氣體引入裝置是由圓筒216a、流量控制器216b和由吸氣材料等構(gòu)成的提純器組成的。
按照這樣來進(jìn)行等離子體表面處理把惰性氣體如氦、氬、氪或氖、或者惰性氣體與氫氣混合的氣體通過提純器203提純，并且把襯底暴露在通過施加高頻功率而形成等離子體的大氣中。就CH4、CO、CO2、H2O和O2中每一種的濃度而言，所使用的氣體的純度是2ppm或者更小，最好是1ppm或者更小。
排氣裝置是由磁懸浮型復(fù)合分子泵207b和干燥泵208b組成的。在表面處理時(shí)，通過設(shè)于排氣裝置中的控制閥控制排氣速度來進(jìn)行預(yù)處理室105中的壓強(qiáng)控制。
薄膜形成室107配備有蒸發(fā)源211、吸收板212、開閉器218和障板217。襯底103設(shè)置在障板217上。開閉器218以打開和閉合方式在蒸發(fā)時(shí)打開。蒸發(fā)源211和吸收板212是根據(jù)溫度來控制的，并且分別連接到加熱裝置213d和213c。排氣系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于渦輪分子泵207c和干燥泵208c，并且排氣系統(tǒng)和低溫泵209能去除薄膜形成室中殘留的濕氣。在反應(yīng)室中，通過用加熱裝置215a和215b進(jìn)行焙燒處理，有可能減少從薄膜形成室的內(nèi)壁放出的氣體量。在焙燒處理中，由連接到渦輪分子泵或低溫泵的排氣系統(tǒng)來進(jìn)行真空排氣，同時(shí)把反應(yīng)室加熱到大約50至120℃。此后，把反應(yīng)室冷卻到室溫或者通過冷卻劑冷卻到接近液氮的溫度，由此，到大約1×10-6Pa的真空排氣是可能的。
由門100h隔開的材料交換室112配備有蒸發(fā)源210和211，并且其溫度是由加熱裝置213a和213b控制的。用渦輪分子泵207d和干燥泵208d作為排氣系統(tǒng)。蒸發(fā)源211可以在材料交換室112和薄膜形成室107之間移動(dòng)，并且用作對(duì)所提供的蒸發(fā)材料提純的裝置。
對(duì)用于蒸發(fā)的材料提純的方法沒有限制，但是最好采用升華提純法，以便在薄膜形成設(shè)備中進(jìn)行提純。當(dāng)然，也可以執(zhí)行區(qū)域精制法。圖3和圖4A至4C是說明在圖2中描述的薄膜形成設(shè)備中進(jìn)行升華提純的方法的示意圖。
許多用于形成有機(jī)發(fā)光元件的有機(jī)化合物由于氧氣或H2O而變壞。尤其對(duì)于低分子量有機(jī)化合物這種趨向是明顯的。因此，即使在開始時(shí)有機(jī)化合物被充分地提純且高度凈化，也有這樣的可能性，即隨著后續(xù)處理，容易把氧或H2O帶入有機(jī)化合物。如上所述，認(rèn)為帶入有機(jī)化合物的氧是改變分子鍵態(tài)的有害雜質(zhì)。這種雜質(zhì)是有機(jī)發(fā)光元件的特性隨時(shí)間流逝而改變和惡化的原因。
圖3是說明有機(jī)化合物材料的升華提純的原理的示意圖。假定作為初始對(duì)象的有機(jī)化合物由M2來表示，并且在一定的恒定壓力下在溫度T1與T2之間存在一定的蒸氣壓。具有低于T1的溫度下的蒸氣壓的有機(jī)化合物由M1來表示，而雜質(zhì)如H2O對(duì)應(yīng)于M1。另外，具有高于T2的溫度下的蒸氣壓的有機(jī)化合物M3對(duì)應(yīng)于諸如過渡金屬或有機(jī)金屬的雜質(zhì)。
如上所述，含有分別具有不同蒸氣壓的M1、M2和M3的材料被放入第一蒸發(fā)源210，并且在低于T2的溫度下加熱，如圖4A所示。從第一蒸發(fā)源升華的材料是M1和M2。此時(shí)，如果把第二蒸發(fā)源211設(shè)置在第一蒸發(fā)源210上方并且將其保持在低于T1的溫度，則材料可以被吸入第二蒸發(fā)源211。接著，如圖4B中所示，當(dāng)在T1溫度下加熱第二蒸發(fā)源211，則M1升華并且被吸收板212吸收。去掉M1和M3而M2保留在第二蒸發(fā)源211中。此后，如圖4C中所示，把第二蒸發(fā)源211加熱到接近T2的溫度以便在襯底上形成有機(jī)化合物層。
可以在圖2中描述的薄膜形成設(shè)備中的材料交換室112和薄膜形成室107中執(zhí)行圖4A至4C中所示的升華提純處理。通過內(nèi)壁的鏡面拋光或者用渦輪分子泵或低溫泵排氣，可以提高薄膜形成室中的凈化度。由此，蒸發(fā)在襯底上的有機(jī)化合物中的氧濃度可以減小到5×1019原子/cm3或更小，最好是1×1019原子/cm3或更小。
實(shí)施例2用實(shí)施例1中的薄膜形成設(shè)備制造的有機(jī)發(fā)光元件在結(jié)構(gòu)方面不受限制。有機(jī)發(fā)光元件由具有發(fā)光性的導(dǎo)電薄膜形成的陽極、含有堿金屬的陰極和其間包含有機(jī)化合物的層組成。包含有機(jī)化合物的層由一層或多層構(gòu)成。按照目的和功能，各個(gè)層分別稱為空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層、電子傳輸層、電子注入層等。這些層可由或者低分子量有機(jī)化合物材料或者有機(jī)聚合物材料構(gòu)成或者通過適當(dāng)?shù)亟M合這兩種材料而構(gòu)成。
選擇空穴輸運(yùn)性質(zhì)好的有機(jī)化合物材料作為空穴注入層或者空穴傳輸層，一般采用基于酞菁或者基于芳香胺的材料。另外，在電子注入層中使用電子輸運(yùn)性質(zhì)好的金屬絡(luò)合物等。
圖5A至5C表示有機(jī)發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。圖5A表示包含低分子量有機(jī)化合物的有機(jī)發(fā)光元件的實(shí)例，并且由氧化銦錫(ITO)形成的陽極300、由酞菁銅(CuPc)形成的空穴注入層301、由基于芳香胺材料MTDATA和á-NPD形成的空穴傳輸層302和303、由三-8-喹啉醇化鋁絡(luò)合物(Alq3)形成的電子注入和發(fā)光層304以及由鐿(Yb)形成的陰極305是層疊的。Alq3能夠從單激發(fā)態(tài)發(fā)光(熒光)。
最好利用來自三重激發(fā)態(tài)的發(fā)射(磷光)以便提高亮度。圖5B表示這種元件結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在這種元件結(jié)構(gòu)中，在由ITO形成的陽極310、由基于酞菁的材料CuPc形成的空穴注入層311以及由基于芳香胺的材料á-NPD形成的空穴傳輸層312上，使用基于咔唑的CBP+Ir(ppy)3形成發(fā)光層313。另外，使用basocuproin(BCP)形成空穴阻擋層314，用Alq3形成電子注入層315。
上述兩種結(jié)構(gòu)是使用低分子量有機(jī)化合物的實(shí)例。但是，可以實(shí)現(xiàn)由有機(jī)聚合物與低分子量有機(jī)化合物組合而形成的有機(jī)發(fā)光元件。圖5C表示其實(shí)例，空穴注入層321是由作為有機(jī)聚合物的聚噻吩衍生物(PEDOT)形成的，空穴傳輸層322是由á-NPD形成的，發(fā)光層323是由CBP+Ir(ppy)3形成的，空穴阻擋層324是由BCP形成的，而電子注入層325是由Alq3形成的。采用由PEDOT形成的空穴注入層能夠提高空穴注入性能，這促使發(fā)射效率提高。
用于發(fā)光層的基于咔唑CBP+Ir(ppy)3是有機(jī)化合物，其中可以得到來自三重激發(fā)態(tài)的發(fā)射(磷光)?？梢越o出在下面這些文章中描述的有機(jī)化合物作為典型的三態(tài)化合物。(1)由T.Tsutsui，C.Adachi，S.Saito所著、由K.Honda編輯的Photochemical Processes in OrganizedMolecular Systems(1991年由東京Elsevier Sci.Pub.出版)P.437。(2)M.A.Baldo，D.F.O′Brien，Y.You，A.Shoustikov，S.Sibley，M.E.Thompson，S.R.Forrest，Nature第395期(1998)第151頁。在此論文中公開了下列化學(xué)式所示的有機(jī)化合物。(3)M.A.Baldo，S.Lamansky，P.E.Burrows，M.E.Thompson，S.R.Forrest，Appl.Phys.Lett.第75期(1999)第4頁。(4)T.Tsutsui，M.J.Yang，M.Yahiro，K.Nakamura，T.Watanabe，T.Tsuji，Y.Fukuda，T.Wakimoto，S.Mayaguchi，Jpn.Appl.Phys.第38期(12B)(1999)L1502。
另外，除了以上描述的發(fā)光材料之外，可以使用由下列分子式(具體來講是金屬絡(luò)合物或有機(jī)化合物)表示的發(fā)光材料。 化學(xué)式3 化學(xué)式4在上述分子式中，M表示屬于周期表中8到10族的元素，Et表示乙基。在上述這些結(jié)構(gòu)中，使用鉑和銥。另外，本發(fā)明人考慮到，在降低顯示裝置的制造成本上，鎳、鈷和鈀更佳，因?yàn)樗鼈儽茹K和銥更便宜。尤其是，認(rèn)為鎳最佳，因?yàn)殒嚾菀仔纬山j(luò)合物并且有高的產(chǎn)量。無論如何，來自三重激發(fā)態(tài)的發(fā)射(磷光)具有比來自單激發(fā)態(tài)的發(fā)射(熒光)更高的發(fā)射效率，因而在獲得相同發(fā)射亮度的條件下，可以降低工作電壓(有機(jī)發(fā)光元件發(fā)射所需的電壓)。
基于酞菁的CuPc、基于芳香胺的á-NPD和MTDATA、基于咔唑的CBP等是其中分子中不包括氧的有機(jī)化合物。當(dāng)氧或H2O混入這種有機(jī)化合物時(shí)，發(fā)生利用化學(xué)式1和2所描述的鍵態(tài)改變，這導(dǎo)致空穴輸運(yùn)性質(zhì)和發(fā)光性質(zhì)的惡化。在這種有機(jī)化合物的層的形成過程中，采用實(shí)施例1中由圖1至3描述的薄膜形成設(shè)備和薄膜形成方法。因此，發(fā)光元件的氧濃度可以設(shè)置為1×1019原子/cm3或更小。作為選擇，在具有基于酞菁或基于芳香胺的空穴注入層或空穴傳輸層、或者基于咔唑的發(fā)光層的有機(jī)發(fā)光元件中，空穴注入層或空穴傳輸層及其附近的氧濃度可以設(shè)置為1×1019原子/cm3或更小。
實(shí)施例3圖6表示有源矩陣驅(qū)動(dòng)發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。TFT設(shè)置在像素部分及其附近的各種功能電路中。關(guān)于TFT，可以選擇或者非晶硅或者多晶硅作為形成溝道形成區(qū)的半導(dǎo)體薄膜的材料。在本發(fā)明中，可以采用非晶硅和多晶硅中任何一種。
可以用玻璃襯底或有機(jī)樹脂襯底作為襯底601。有機(jī)樹脂材料比玻璃材料輕，因而對(duì)于降低發(fā)光裝置本身的重量有良好的效果。有機(jī)樹脂材料如聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)以及芳族聚酰胺可用于制造發(fā)光裝置。最好用稱為無堿玻璃的硼硅酸鋇玻璃或硼硅酸鋁玻璃作為玻璃襯底。采用具有0.5至1.1mm厚度的玻璃襯底，但是在為得到重量減輕而設(shè)置的情況下，需要使厚度變薄。另外，最好采用具有2.37g/cc的小比重的玻璃襯底以便進(jìn)一步減輕重量。
在圖6中，在驅(qū)動(dòng)電路部分650中形成n溝道TFT652和p溝道TFT653。在像素部分651中形成開關(guān)TFT654和電流控制TFT655。使用半導(dǎo)體薄膜603至606、柵絕緣薄膜607、柵電極608至611等，在包括氮化硅或氧氮化硅(用SiOxNy表示)的第一絕緣層602上形成這些TFT。
包括氮化硅或氧氮化硅的第二絕緣層618是在柵電極上形成的并且被用作保護(hù)膜。另外，形成包含諸如聚酰亞胺或丙烯酸之類的有機(jī)樹脂材料的第一層間絕緣薄膜619，作為均化薄膜。
驅(qū)動(dòng)電路部分650的電路結(jié)構(gòu)在選通信號(hào)側(cè)驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)信號(hào)側(cè)驅(qū)動(dòng)電路之間有區(qū)別，但此處省略。n溝道TFT652和p溝道TFT653分別連接到布線612和613，用這些TFT形成移位寄存器電路、鎖存電路、緩沖電路等。
在像素部分651中，數(shù)據(jù)線614連接到開關(guān)TFT654的源極側(cè)，漏極側(cè)的布線615連接到電流控制TFT655的柵極611。另外，電流控制TFT655的源極側(cè)連接到電源線617，而漏極側(cè)上的電極616連接到發(fā)光元件的陽極。
在這些布線上形成包括有機(jī)絕緣材料、如氮化硅的第二層間絕緣薄膜627。有機(jī)樹脂材料是吸濕的，具有吸留H2O的性質(zhì)。當(dāng)H2O再次放出時(shí)，把氧提供給有機(jī)化合物，這成為有機(jī)發(fā)光元件變壞的原因。因此，為了防止吸附作用和再放出H2O，在第二層間絕緣薄膜627上形成包含氮化硅或氧氮化硅的第三絕緣薄膜620。作為選擇，有可能省略第二層間絕緣薄膜627而僅形成第三絕緣薄膜620。
另外，可把氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁等用于第三絕緣薄膜620?？梢酝ㄟ^使用氧化鋁或氮化鋁作為靶的濺射法來形成由上述物質(zhì)中的每一種構(gòu)成的薄膜。
在第三絕緣薄膜620上形成有機(jī)發(fā)光元件656，后者包括由透明導(dǎo)電材料如ITO(氧化銦錫)制成的陽極621；具有空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層等的有機(jī)化合物層623；以及使用堿金屬或堿土金屬如MgAg和LiF制成的陰極624。有機(jī)化合物層623的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是任意采用的，而其實(shí)例在實(shí)施例2中的圖5A至5C中示出。
不能對(duì)有機(jī)化合物層623和陰極624進(jìn)行濕處理(諸如用藥水蝕刻或用水清洗)。因此，在有機(jī)絕緣薄膜619上，按照陽極621設(shè)置由光敏樹脂材料制成的分隔層622。形成分隔層622以便蓋住陽極621的端部。具體來講，分隔層622加有負(fù)抗蝕劑，并且在烘焙后形成具有大約1至2μm的厚度。此后，使用備有預(yù)定圖案的光掩模，并且對(duì)其照射紫外線以由此進(jìn)行曝光。如果使用具有低透射率的負(fù)抗蝕劑材料，在厚度方向上曝光的薄膜的比率要改變。當(dāng)分隔層顯影后，使得圖案的端部具有圖6中所示的倒錐形。當(dāng)然，可用光敏聚酰亞胺形成分隔層。
圖8是形成有機(jī)發(fā)光元件的部分的詳細(xì)示意圖。在形成具有倒錐形的分隔層622的端部后，通過蒸發(fā)方法形成有機(jī)化合物層623和陰極層624，由此可以形成有機(jī)化合物層623和陰極層624，而不用轉(zhuǎn)到接觸陽極621的分隔層622底部之下。由于在蒸發(fā)方法中從蒸發(fā)源蒸發(fā)的材料具有方向性地附著在襯底上，可以在圖8中所示的狀態(tài)下(歸因于分隔層622的頂部和底部具有倒錐形的步驟)在陰極621上形成有機(jī)化合物層和陰極層。
另外，圖9是說明像素部分的結(jié)構(gòu)的俯視圖，并且G-G’線的橫剖結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖8。按照設(shè)置在每個(gè)像素中的TFT來分別形成陽極621。這樣形成分隔層622以便蓋住陽極621的端部并且具有蓋住多個(gè)像素的帶狀。在由虛線圍成的區(qū)域690內(nèi)通過蒸發(fā)形成有機(jī)化合物層。按照具有圖8中所示的倒錐形的分隔層622形成有機(jī)化合物層。類似地形成陰極624，但是這樣形成陰極，以便使陰極與形成分隔層622的區(qū)域之外的區(qū)域、即像素部分的外部連接。
包含具有小逸出功的鎂(Mg)、鋰(Li)或鈣(Ca)的材料用于陰極624。最好使用由MgAg(其中Mg與Ag以Mg∶Ag＝10∶1的比例混合的材料)制成的電極。還可以使用MgAgAl、LiAl、LiFAl、鎂、鎂合金以及鎂化合物。另外，在陰極624上，使用氮化硅或DLC薄膜，形成厚度為2至30nm、最好是3至10nm的第四絕緣薄膜625?？梢酝ㄟ^等離子體CVD(化學(xué)汽相淀積)方法形成DLC薄膜，并且即使在100℃或更低的溫度下形成，也可以形成以令人滿意的覆蓋性覆蓋分隔層622的端部的DLC薄膜。在DLC薄膜中混入少量氧或氮可以緩解DLC薄膜的內(nèi)應(yīng)力，并且可以把DLC薄膜用作保護(hù)膜。而且，眾所周知，DLC薄膜具有對(duì)氧、CO、CO2和H2O的高隔氣性。最好是接著形成第四絕緣薄膜625而不要讓陰極624形成后曝露在大氣中。這是因?yàn)殛帢O624和有機(jī)化合物層623的界面狀況對(duì)有機(jī)發(fā)光元件的發(fā)射效率有極大的影響。
如上所述，不接觸分隔層622而形成有機(jī)化合物層623和陰極層624以形成有機(jī)發(fā)光元件，由此可以防止由熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋產(chǎn)生。另外，由于有機(jī)發(fā)光元件最忌氧和H2O，所以形成氮化硅或氧氮化硅和DLC薄膜625以便阻隔氧和H2O。另外，氮化硅或氧氮化硅和DLC薄膜625還具有不讓有機(jī)發(fā)光元件的堿金屬元素出來的作用。
在圖6中，開關(guān)TFT654采用多柵極結(jié)構(gòu)，而疊加在柵電極上的低密度漏區(qū)(LDD)設(shè)置在電流控制TFT655中。由于高工作速度，使用多晶硅的TFT容易帶來由熱載流子注入等引起的退化。因此，如圖6中所示，按照像素中各功能而具有不同結(jié)構(gòu)的各TFT(開關(guān)TFT具有足夠低的截止電流而電流控制TFT耐熱載流子注入)的形成在制造具有高可靠性且能顯示令人滿意的圖像(具有高工作性能)的顯示裝置上是極為有效的。
如圖6中所示，在形成TFT654和655的半導(dǎo)體薄膜的下層側(cè)(襯底601側(cè))形成第一絕緣薄膜602。在與之相對(duì)的上層側(cè)，形成第二絕緣薄膜618。另一方面，在有機(jī)發(fā)光元件656的下層側(cè)上形成第三絕緣薄膜620。在上層側(cè)上形成第四絕緣薄膜625。另外，在TFT654與655側(cè)與有機(jī)發(fā)光元件656側(cè)形成有機(jī)絕緣薄膜619以便把這兩側(cè)集成在一起。認(rèn)為襯底601和有機(jī)發(fā)光元件656是諸如鈉的堿金屬污染源，它變成對(duì)TFT654和655有害的雜質(zhì)。TFT654和655被第一絕緣薄膜602和第二絕緣薄膜618包圍，由此阻擋所述有害雜質(zhì)。另一方面，由于有機(jī)發(fā)光元件656最忌氧和H2O，所以形成第三絕緣薄膜620和第四絕緣薄膜625，以便阻擋氧和H2O。第三絕緣薄膜620和第四絕緣薄膜625還具有這樣的作用，使得有機(jī)發(fā)光元件656的堿金屬元素不會(huì)逃逸。
在具有圖6中所示結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光裝置中，通過濺射方法、連續(xù)形成第三絕緣薄膜620和由以ITO為代表的透明導(dǎo)電薄膜制成的陽極621的步驟，可以用作高效制造方法的一個(gè)實(shí)例。濺射方法適合于形成精細(xì)氮化硅薄膜或氧氮化硅薄膜，而在有機(jī)絕緣薄膜619的表面上沒有明顯破壞。
如上所述，通過組合TFT和有機(jī)發(fā)光器件來形成像素部分以完成發(fā)光裝置。在這種發(fā)光裝置中，可以在同一襯底上形成采用TFT的驅(qū)動(dòng)電路。如圖6或7中所示，作為TFT的主要構(gòu)成部分的半導(dǎo)體薄膜、柵絕緣薄膜和柵電極在上層側(cè)和下層側(cè)上被由氮化硅或氧氮化硅制成的阻擋層和保護(hù)膜包圍。因此，TFT具有防止由堿金屬或有機(jī)材料造成的污染的結(jié)構(gòu)。另一方面，有機(jī)發(fā)光元件局部地含有堿金屬并且被由氮化硅或氧氮化硅制成的保護(hù)膜和由含氮化硅或碳作為其主要成分的絕緣薄膜形成的氣體阻擋層所包圍。因此，有機(jī)發(fā)光元件具有防止氧和H2O從外部滲入的結(jié)構(gòu)。
如上所述，按照本發(fā)明，可以通過在各元件不相互干擾的情況下組合具有不同雜質(zhì)特性的元件來制成發(fā)光裝置。此外，消除了由應(yīng)力適成的影響以提高可靠性。
實(shí)施例4在實(shí)施例3中說明頂部柵極型TFT結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)然也可以應(yīng)用底部柵極或倒置參差型TFT。在圖7中，通過使用倒置參差型TFT在像素部分751中形成開關(guān)TFT754和電流控制TFT755。在襯底701上設(shè)置由鉬或鉭制成的柵極702和703以及布線704，并且在其上形成起到柵絕緣薄膜作用的第一絕緣薄膜705。用氧化硅或氮化硅形成厚度為100至200nm的第一絕緣薄膜705。
除了溝道形成區(qū)外，在半導(dǎo)體薄膜706和707中形成源或漏區(qū)和LDD區(qū)。設(shè)置絕緣薄膜708和709以便形成上述各區(qū)并且保護(hù)溝道形成區(qū)。第二絕緣薄膜710是由氮化硅或氧氮化硅制成的，并且這樣設(shè)置，使得半導(dǎo)體薄膜不被堿金屬、有機(jī)材料等污染。另外，形成由有機(jī)樹脂材料如聚酰亞胺制成的第一層間絕緣薄膜711。然后，在形成接觸孔后，形成布線713至716，以及形成第二層間絕緣薄膜719。第二層間絕緣薄膜719也是由有機(jī)樹脂材料如聚酰亞胺制成的。在其上形成包括氮化硅或氧化硅的第三絕緣薄膜712。在第三絕緣薄膜712上形成布線713至716。
在第三絕緣薄膜712上形成有機(jī)發(fā)光元件756的陽極717，然后，由聚酰亞胺制成分隔層718。可以對(duì)分隔層718的表面進(jìn)行氬的等離子體預(yù)處理以便使表面更精細(xì)。但是，如圖7中所示，形成包括氮化硅薄膜的絕緣薄膜719，并且可進(jìn)行放氣防范處理。有機(jī)化合物層720、陰極721和第四絕緣薄膜的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2中的相同。因此，可以用倒置參差型TFT制成發(fā)光裝置。
另外，可以在同一襯底上利用倒置參差型TFT來形成驅(qū)動(dòng)電路。如圖7中所示，作為TFT的主要構(gòu)成部分的半導(dǎo)體薄膜在上層側(cè)和下層側(cè)上被由氮化硅或氧氮化硅制成的第一絕緣薄膜和第二絕緣薄膜包圍。因此，TFT具有防止堿金屬或有機(jī)材料污染的結(jié)構(gòu)。另一方面，有機(jī)發(fā)光元件局部含有堿金屬，并且具有借助第三絕緣薄膜712和第四絕緣薄膜757防止氧和H2O從外部侵入的結(jié)構(gòu)。如上所述，提供了一種即使在使用倒置參差型TFT的情況下、通過在各元件不互相干擾的情況下組合具有不同雜質(zhì)特性的元件來制成發(fā)光裝置的技術(shù)。
實(shí)施例5用于密封實(shí)施例3或4中形成的有機(jī)發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)示于圖中。圖10表示其上用TFT形成驅(qū)動(dòng)電路408及像素部分409的元件襯底401和密封襯底402通過密封件405固定的情況。在元件襯底401與密封襯底402之間的密封區(qū)中形成有機(jī)發(fā)光元件403，并且在驅(qū)動(dòng)電路408上或者在密封件405附近設(shè)置干燥劑407。形成有機(jī)發(fā)光元件403，后者被分隔層412夾于其間。
有機(jī)樹脂材料如聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)或者芳族聚酰胺可用于密封襯底。有可能采用厚度為30至120μm的襯底，以便襯底具有柔性。在密封襯底的端部形成作為氣體分隔層的DLC薄膜(第四絕緣薄膜)408。但是，在外部輸入端404上沒有形成DLC薄膜。用基于環(huán)氧樹脂的粘合劑來作密封件。沿密封件405、并且也沿著元件襯底401和密封襯底402的端部形成DLC薄膜408，由此有可能防止H2O從上述部分滲入。
圖11是表示這種顯示裝置的外觀的示意圖。其中顯示圖像的方向隨有機(jī)發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)而不同。這里，借助向上發(fā)光來顯示。在圖11中所示的結(jié)構(gòu)中，其上用TFT形成驅(qū)動(dòng)電路部分408和像素部分409的元件襯底401與密封襯底402通過密封件405結(jié)合在一起。在像素部分409中形成分隔層412。輸入端404設(shè)置在元件襯底401的端部并且連接到柔性印刷電路(FPC)。用于輸入圖像數(shù)據(jù)信號(hào)、各種定時(shí)信號(hào)的來自外部電路的電源的端子以500μm的間隔設(shè)置在輸入端404中。輸入端404通過布線410連接到驅(qū)動(dòng)電路部分。另外，如有必要，其中形成CPU、存儲(chǔ)器等的集成電路(IC)芯片411可通過COG(玻板上芯片)方法安裝在元件襯底上。
在襯底的端部形成DLC薄膜，后者防止有機(jī)發(fā)光元件由于水蒸汽、氧等從密封部分侵入而引起的退化。在有機(jī)樹脂材料用作元件襯底401或密封襯底402的情況下，可以在除輸入端部分之外的整個(gè)襯底上形成DLC薄膜。當(dāng)形成DLC薄膜時(shí)，可以事先用障板蓋住輸入端部分。
如上所述，可以通過密封實(shí)施例3或4中形成的有機(jī)發(fā)光元件來形成有機(jī)發(fā)光裝置。有機(jī)發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)是這樣的，TFT和有機(jī)發(fā)光元件都被絕緣薄膜包圍，雜質(zhì)不會(huì)從外部侵入。另外，通過用密封件來把元件襯底和密封襯底互相結(jié)合，并且端部覆蓋DLC薄膜以便由此提高氣密性。因此，可以防止發(fā)光裝置退化。
實(shí)施例6本發(fā)明可以應(yīng)用于各種電子設(shè)備中所用的顯示媒體。關(guān)于這種電子設(shè)備，可以給出便攜式信息終端(電子記事本、移動(dòng)式計(jì)算機(jī)、便攜電話等)、視頻攝相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z相機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、便攜式電話等。圖13A至13G中示出這些實(shí)例。
圖13A表示應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光裝置而完成的電視機(jī)，它由機(jī)殼3001、底座3002、顯示部分3003等構(gòu)成。本發(fā)明的發(fā)光裝置用于顯示部分3003。
圖13B表示應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光裝置而完成的視頻攝相機(jī)，它由主體3011、顯示部分3012、聲音輸入部分3013、操作開關(guān)3014、電池3015、圖像接收部分3016等構(gòu)成。本發(fā)明的發(fā)光裝置用于顯示部分3012。
圖13C表示應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光裝置而完成的筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)，它由主體3021、外殼3022、顯示部分3023、鍵盤3024等構(gòu)成。本發(fā)明的發(fā)光裝置用于顯示部分3023。
圖13D表示應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光裝置而完成的PDA(個(gè)人數(shù)字助理)，它由主體3031、觸針3032、顯示部分3033、操作按鈕3034、外部接口3035等構(gòu)成。本發(fā)明的發(fā)光裝置可用于顯示部分3033。
圖13E表示應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光裝置而完成的聲音重放裝置，具體來講即用于汽車的音頻裝置，它由主體3041、顯示部分3042、操作開關(guān)3043、3044等構(gòu)成。本發(fā)明的發(fā)光裝置用于顯示部分3042。
圖13F表示應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光裝置而完成的數(shù)字?jǐn)z相機(jī)，它由主體3051、顯示部分(A)3052、目鏡部分3053、操作開關(guān)3054、顯示部分(B)3055、電池3056等構(gòu)成。本發(fā)明的發(fā)光裝置用于顯示部分(A)3052和顯示部分(B)3055。
圖13G表示應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)光裝置而完成的便攜式電話，它由主體3061、聲音輸出部分3062、聲音輸入部分3063、顯示部分3064、操作開關(guān)3065、天線3066等構(gòu)成。本發(fā)明的發(fā)光裝置用于顯示部分3064。
應(yīng)當(dāng)指出，這里所示的電子設(shè)備是一些實(shí)例，本發(fā)明不限于這些應(yīng)用。
如上所述，通過應(yīng)用本發(fā)明可以防止由有機(jī)發(fā)光元件的應(yīng)力造成的退化。另外，在本發(fā)明中，作為TFT的主要構(gòu)成部分的半導(dǎo)體薄膜、柵絕緣薄膜和柵電極在下層側(cè)和上層側(cè)上被由氮化硅或氧氮化硅制成的第一絕緣層和第二絕緣層包圍。因此，TFT具有防止由堿金屬或有機(jī)材料造成的污染的結(jié)構(gòu)。另一方面，發(fā)光元件局部地含有堿金屬并且被由氮化硅或氧氮化硅制成的第三絕緣層和由含碳作為其主要成分的絕緣薄膜形成的第四絕緣層所包圍。因此，在有機(jī)發(fā)光元件中實(shí)現(xiàn)防止氧和H2O從外部滲入的結(jié)構(gòu)。因此，可以通過在各元件不互相干擾的情況下組合具有不同雜質(zhì)特性的元件來制成發(fā)光裝置。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，它包括包含氮化硅或氧氮化硅的第一絕緣層；在所述第一絕緣層上的包含氧氮化硅的第二絕緣層；在所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間形成的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管具有包含硅的半導(dǎo)體層、柵絕緣薄膜和柵電極；在所述第二絕緣層上的包含氮化硅或氧氮化硅的第三絕緣層；在所述第三絕緣層上的包含碳的第四絕緣層；在所述第三絕緣層和所述第四絕緣層之間形成的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括陽極、有機(jī)化合物層和包含堿金屬的陰極；以及在所述第三絕緣層上包含絕緣材料的分隔層，其中在分隔層之間形成所述發(fā)光元件。
2.權(quán)利要求1的發(fā)光裝置，其特征在于所述第四絕緣層包含類金鋼石碳。
3.權(quán)利要求1的發(fā)光裝置，其特征在于在所述第二絕緣層與所述第三絕緣層之間設(shè)置有機(jī)樹脂層。
4.一種發(fā)光裝置，它包括包含氮化硅或氧氮化硅的第一絕緣層；在所述第一絕緣層上的包含氧氮化硅的第二絕緣層；在所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間形成的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管具有包含硅的半導(dǎo)體層、柵絕緣薄膜和柵電極；在所述第二絕緣層上的包含氮化硅或氧氮化硅的第三絕緣層；在所述第三絕緣層上的包含碳的第四絕緣層；在所述第三絕緣層和所述第四絕緣層之間形成的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括陽極、有機(jī)化合物層和包含堿金屬的陰極；以及在所述第三絕緣層上、包含絕緣材料的分隔層，其中在分隔層之間形成所述發(fā)光元件，并且所述分隔層具有上部在平行于襯底的方向上突出的形狀。
5.權(quán)利要求4的發(fā)光裝置，其特征在于所述第四絕緣層包含類金鋼石碳。
6.權(quán)利要求4的發(fā)光裝置，其特征在于在所述第二絕緣層與所述第三絕緣層之間設(shè)置有機(jī)樹脂層。
7.一種發(fā)光裝置，它包括包含氮化硅或氧氮化硅的第一絕緣層；在所述第一絕緣層上的包含氧氮化硅的第二絕緣層；在所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間形成的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管具有包含硅的半導(dǎo)體層、柵絕緣薄膜和柵電極；在所述第二絕緣層上的包含氮化硅或氧氮化硅的第三絕緣層；在所述第三絕緣層上的包含碳的第四絕緣層；在所述第三絕緣層和所述第四絕緣層之間形成的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括陽極、有機(jī)化合物層和包含堿金屬的陰極；以及在所述第三絕緣層上的包含絕緣材料的分隔層，其中在分隔層之間形成所述發(fā)光元件，并且所述有機(jī)化合物層和所述陰極設(shè)置成不接觸所述分隔層。
8.權(quán)利要求7的發(fā)光裝置，其特征在于所述第四絕緣層包含類金鋼石碳。
9.權(quán)利要求7的發(fā)光裝置，其特征在于在所述第二絕緣層與所述第三絕緣層之間設(shè)置有機(jī)樹脂層。
10.一種發(fā)光裝置，它包括包含氮化硅或氧氮化硅的第一絕緣層；在所述第一絕緣層上的包含氧氮化硅的第二絕緣層；在所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間形成的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管具有包含硅的半導(dǎo)體層、柵絕緣薄膜和柵電極；在所述第二絕緣層上的包含氮化硅或氧氮化硅的第三絕緣層；在所述第三絕緣層上的包含碳的第四絕緣層；在所述第三絕緣層和所述第四絕緣層之間形成的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括陽極、有機(jī)化合物層和包含堿金屬的陰極；以及在所述第三絕緣層上的包含絕緣材料的分隔層，其中在具有上部在平行于襯底的方向上突出的形狀的所述分隔層之間形成所述發(fā)光元件，而且所述有機(jī)化合物層和所述陰極設(shè)置成不接觸所述分隔層。
11.權(quán)利要求10的發(fā)光裝置，其特征在于所述第四絕緣層包含類金鋼石碳。
12.權(quán)利要求10的發(fā)光裝置，其特征在于在所述第二絕緣層與所述第三絕緣層之間設(shè)置有機(jī)樹脂層。
13.一種發(fā)光裝置，它包含襯底；在所述襯底上的柵電極；在所述柵電極上的包含氮化硅或氧氮化硅的第一絕緣層；在所述第一絕緣薄膜上的半導(dǎo)體薄膜；在所述半導(dǎo)體薄膜上的包含氧氮化硅的第二絕緣層；在所述第二絕緣薄膜上的包含氮化硅或氧氮化硅的第三絕緣層；以及在所述第三絕緣層上的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括陽極、有機(jī)化合物層和包含堿金屬的陰極；在所述發(fā)光元件上的包含碳的第四絕緣層；以及在所述第三絕緣層上的包含絕緣材料的分隔層，其中在分隔層之間形成所述發(fā)光元件。
14.權(quán)利要求13的發(fā)光裝置，其特征在于所述第四絕緣層包含類金鋼石碳。
15.權(quán)利要求13的發(fā)光裝置，其特征在于在所述第二絕緣層與所述第三絕緣層之間設(shè)置有機(jī)樹脂層。
16.一種發(fā)光裝置，它包括襯底；在所述襯底上、包含從由氮化硅和氧氮化硅組成的組中選擇的材料的第一絕緣層；在所述第一絕緣層上形成的多個(gè)薄膜晶體管；在所述多個(gè)薄膜晶體管上的包含氧氮化硅的第二絕緣層；在所述第二絕緣層上、包含從由氮化硅和氧氮化硅組成的組中選擇的材料的第三絕緣層；在所述襯底上排列成矩陣的多個(gè)發(fā)光元件，其中，所述多個(gè)薄膜晶體管工作時(shí)連接到所述多個(gè)發(fā)光元件，所述發(fā)光元件中的每一個(gè)包括陽極、包含堿金屬的陰極以及在所述陽極與所述陰極之間的有機(jī)化合物層；在所述第三絕緣層上形成并且平行伸出的多個(gè)分隔層；以及在所述多個(gè)發(fā)光元件上形成的含碳的第四絕緣層，其中每一個(gè)所述發(fā)光元件插入所述第三和第四絕緣層之間，其中，排列在所述矩陣的同一行或同一列中的所述發(fā)光元件設(shè)置在所述多個(gè)分隔層中的相鄰層之間或沿著所述相鄰層排列。
17.權(quán)利要求16的發(fā)光裝置，其特征在于所述第四絕緣層包含類金鋼石碳。
18.權(quán)利要求16的發(fā)光裝置，其特征在于在所述第二絕緣層與所述第三絕緣層之間設(shè)置有機(jī)樹脂層。
19.權(quán)利要求16的發(fā)光裝置，其特征在于所述多個(gè)分隔層與所述發(fā)光元件的所述陰極和所述有機(jī)化合物層隔開。
20.一種發(fā)光裝置，它包括襯底；在所述襯底上、包含從由氮化硅和氧氮化硅組成的組中選擇的材料的第一絕緣層；在所述第一絕緣層上形成的至少一個(gè)薄膜晶體管；在所述薄膜晶體管上的包含氧氮化硅的第二絕緣層；在所述第二絕緣層上、包含從由氮化硅和氧氮化硅組成的組中選擇的材料的第三絕緣層；至少一個(gè)發(fā)光元件，其中所述薄膜晶體管工作時(shí)連接到所述發(fā)光元件，所述發(fā)光元件包括陽極、包含堿金屬的陰極以及在所述陽極與所述陰極之間的有機(jī)化合物層；以及在所述第三絕緣層上的至少第一和第二分隔層，其中所述發(fā)光元件設(shè)置在所述第一和第二分隔層之間，在所述發(fā)光元件上形成的包含碳的第四絕緣層，其中所述發(fā)光元件插入所述第三和第四絕緣層之間，其中在所述第一和第二分隔層的頂部、所述第一和第二分隔層相對(duì)邊緣之間的距離小于在所述第一和第二分隔層的底部、所述第一和第二分隔層相對(duì)邊緣之間的距離。
21.權(quán)利要求20的發(fā)光裝置，其特征在于所述第四絕緣層包含類金鋼石碳。
22.權(quán)利要求20的發(fā)光裝置，其特征在于在所述第二絕緣層與所述第三絕緣層之間設(shè)置有機(jī)樹脂層。
23.權(quán)利要求20的發(fā)光裝置，其特征在于所述多個(gè)分隔層與所述發(fā)光元件的所述陰極和所述有機(jī)化合物層隔開。
全文摘要
在有源矩陣驅(qū)動(dòng)的發(fā)光裝置中,在薄膜晶體管上,在包含氮化硅或氧氮化硅的第三絕緣層與包含碳作為其主要成分的第四絕緣層之間,形成具有陽極、包含有機(jī)化合物的層和包含堿金屬的陰極的發(fā)光元件。所述發(fā)光元件形成于分隔層之間,后者是由絕緣材料制成的并且具有倒錐形。
文檔編號(hào)H01L27/32GK1353464SQ0113745
公開日2002年6月12日 申請(qǐng)日期2001年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月10日
發(fā)明者山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所